Termometre Çeşitleri: Çalışma İlkeleri ve Kullanım Yerleri

Termometre nedir, neyi ölçer?

Termometre, sıcaklığı, yani bir cismin ya da ortamın ne kadar sıcak ya da soğuk olduğunu ölçen cihazdır. Hangi türden olursa olsun, sıcaklıkla birlikte değişen bir şeyi okur: cam termometrede sıvı sütununun boyunu, ibreli termometrede ibrenin konumunu, elektronik bir cihazda sensörün elektrik sinyalini. Okumaların termometreler arasında karşılaştırılabilmesi için ortak bir ölçek gerekir; ansiklopediye göre bugünkü resmi ölçek ITS-90’dır.

Termometre çeşitleri nelerdir?

Termometreler, sıcaklıkla değişen hangi fiziksel özellikten yararlandıklarına göre gruplanır. Bu rehber, ansiklopedinin yöntem listesinden ve ders kitabının sıcaklık sensörleri bölümünden yola çıkarak üç ana grubu ele alır (listede yoğunluk ya da renk değişimine dayananlar gibi başka yöntemler de var):

• Genleşmeye dayananlar: sıvılı (cıvalı ya da alkollü), metal (bimetal) ve gazlı termometreler.
• Elektriksel değişime dayananlar: direnci sıcaklıkla değişen direnç termometresi (Pt100 gibi) ve termistör; sıcaklığa bağlı bir gerilim üreten termokupl.
• Işınıma dayananlar: cismin yaydığı ısıl ışınımı ölçen kızılötesi termometre ve pirometre.

İlk iki gruptaki termometrelerin algılayıcısı ölçülen ortama değmeli ve onun sıcaklığına gelmelidir. Kızılötesi termometre ise bir test cihazı üreticisine göre yüzey sıcaklığını uzaktan, dokunmadan ölçer. Proseste kullanılan öteki sensör aileleri endüstriyel sensör çeşitleri rehberinde anlatılır.

Sıvılı termometre nasıl çalışır?

Sıvılı termometre, kapalı bir cam gövdedeki sıvının ısınınca genleşmesinden yararlanır: dar bir kanala sıkışan sıvı sütunu ısındıkça uzar, soğudukça kısalır ve ucu camdaki ölçek çizgilerinden okunur. Asıl işi kanalın darlığı görür, çünkü hacim değişimi küçüktür: ansiklopedi cıva için derece başına yaklaşık %0,018 verir.

Kullanılan sıvı ölçüm aralığını belirler:

• Cıvalı termometre: Ansiklopediye göre -37 ile 356 °C arasını kapsar. Cıvanın üstündeki boşluğa azot gibi soy bir gaz basılıp kullanılan cam yerine erimiş kuvars konduğunda üst sınır 800 °C’ye çıkarılabilir. Cıva -38,83 °C’de katılaştığı için bu sıcaklığın altında kullanılamaz.
• Alkollü termometre: En yaygını etanollü olanıdır; renksiz sıvı boyayla görünür kılınır. Etanollü termometrenin ölçebildiği üst sınır 78 °C’dir; ansiklopediye göre soğuk tarafta ise meteorolojide en düşük sıcaklıklar için cıvalı termometre yerine kullanılır ve -70 °C’ye kadar iner. Sıvısı cıvadan daha az zehirlidir.

Metal (bimetal) termometre nasıl çalışır?

Metal termometre, ısınınca farklı oranlarda uzayan iki metal şeridin kalıcı olarak birleştirilmesiyle yapılan bimetal şeridin bükülmesiyle çalışır; bu bükülme ibreyi döndürür. Tek bir metalin ısıl uzaması küçüktür: ders kitabının verdiği tipik katsayılar demirde santigrat derece başına milyonda 12, bakırda milyonda 16,6’dır. Ansiklopediye göre birleşik şeridin yana doğru sapması ise iki metalin boyca uzamasından çok daha büyüktür; ısınınca uzama katsayısı büyük olan metal eğrinin dış tarafında kalır.

Ansiklopediye ve bir ölçüm cihazı üreticisine göre şeritler çoğunlukla çelik ile bakırdan ya da çelik ile pirinçten yapılır. İbreli termometrede şerit, termometrenin sapı (daldırma borusu) içinde helis ya da spiral biçiminde sarılıdır: bir ucu sabittir, öbür ucu sıcaklık değiştikçe döner ve ibre milini çevirir.

Aynı üreticinin verilerine göre bimetal termometrelerin skala aralıkları -70 ile +600 °C arasındadır. Titreşimli yerlerde ibre salınımını sönümlemek için gövdesi silikon yağıyla doldurulan modellerde üst sınır +250 °C’ye iner. Termometre kablo ya da enerji gerektirmez. Sınırı, değeri yalnız yerinde göstermesidir; bir sıcaklık transmitteriyle birlikte kullanılmadıkça ölçüm kontrol sistemine aktarılmaz.

Üretici bimetal termometrenin kullanım yerlerine makine yapımını, ısıtma tekniğini, iklimlendirme ve soğutmayı örnek verir. Ansiklopediye göre ev tipi ibreli termometrelerin en yaygın tasarımı da sarmal bimetal şerittir.

Gazlı termometre nasıl çalışır?

Gazlı termometre, kapalı bir sistemdeki gazın sıcaklıkla değişen basıncını ölçer: sensördeki gaz ısındıkça basıncı artar ve bu basınç gösterge kutusundaki Bourdon tüpü gibi bir ölçüm elemanını hareket ettirerek ibreyi döndürür. Bir gösterge üreticisine göre sistem, sıcaklığı algılayan hazne, kılcal boru (kapiler) ve Bourdon tüpünden oluşur ve bütünüyle soy (inert) bir gazla doldurulur. Bourdon tüpünün basınçla nasıl hareket ettiği manometre nedir rehberinde anlatılır. Fizikteki sabit hacimli gazlı termometre de aynı ilkeye dayanır: ansiklopediye göre hacmi sabit tutulan bir gazın basıncı mutlak sıcaklığıyla (kelvin) doğru orantılıdır.

Ölçüm tekniği firmasına göre gazlı termometreyi bimetalden ayıran başlıca fark, göstergenin ölçüm noktasından ayrı konabilmesidir: sensör doğrudan prosese, gösterge birkaç metre ötedeki bir panele takılabilir ve gösterge için elektrik gerekmez. Kapiler kablo gibi kısaltılamaz: ölçüm gazının bir kısmını taşır, hasar görürse kapalı sistem bozulur. Bedeli ortam sıcaklığına duyarlılıktır: bimetal bölümündeki ölçüm cihazı üreticisine göre gazlı termometreler ortam sıcaklığından etkilenir ve doğru sonuç için buna göre boyutlandırılmalıdır; ölçüm tekniği firması da çok uzun bir kapiler boyunca büyük sıcaklık farklarının ölçümü etkileyebileceğini yazar. Ölçüm cihazı üreticisi 60 metreye kadar kapilerde doğruluk sınıfı 1’i (EN 13190) garanti ettiğini belirtir; başka bir yazısında bu sınıfı 23 ± 10 °C ortam sıcaklığı için verir ve gaz hacmi küçüldükçe korunmasının zorlaştığını ekler.

Aynı üreticiye göre 10 ile 90 °C arasındaki bir ölçümde gazlı termometre son değeri yaklaşık 30 saniyede, bimetalden yaklaşık 60 saniye önce gösterir; bimetalin ölçümü ise ortam sıcaklığından etkilenmez. Ölçüm cihazı üreticisi gazlı termometre için -200 ile +700 °C, gösterge üreticisi -200 ile 650 °C verir. Gösterge üreticisi kullanım yerlerine rafinerileri, enerji santrallerini, kimya ve petrokimya tesislerini, su ile atık su arıtma tesislerini örnek verir.

Buhar basınçlı ve sıvı dolgulu termometreler nedir?

Bunlar da gazlı termometre gibi hazne, kapiler ve göstergeden oluşan, içi akışkanla doldurulmuş mekanik sistemlerdir; ders kitabı bu dolgulu sistemleri içlerindeki akışkana göre ayırır. Kitaba göre tek önemli üstünlükleri elektrik gerektirmemeleridir ve elektriksel sensörlerin üstünlüğü nedeniyle endüstride artık seyrek kullanılırlar; ölçüm tekniği firması ise birçok makinede ve proses tesisinde mekanik gazlı termometrenin bilerek seçildiğini yazar.

• Buhar basınçlı: Haznede uçucu bir sıvı ile buharı birlikte bulunur. Basınç haznedeki sıcaklığa bağlı olduğu için göstergenin bulunduğu yerin sıcaklığı düzeltme gerektirmez; ancak kitaba göre hazne sıcaklığı gösterge çevresinin sıcaklığının altına ya da üstüne geçtiğinde sıvı kapilerde yer değiştirir ve aralıklı ölçüm hataları görülebilir.
• Sıvı dolgulu: Okuma sıvının hacim genleşmesinden gelir; kitaba göre bir türünde dolgu cıvadır, bimetal bölümündeki üretici de ksilen ve silikon yağını örnek verir. Kapilerinde sıvı bulunan her sistemde hazne ile gösterge arasındaki yükseklik farkı sıfır noktasını kaydırır; kitaba göre bu kayma montajda sıfır ayarıyla giderilebilir. Kapilerinde yalnız gaz ya da buhar bulunan sistemlerde bu sorun yoktur.

Direnç termometresi (Pt100) ve termistör nedir?

Direnç termometresi (RTD) ve termistör, elektrik direnci sıcaklıkla değişen sensörlerdir; ölçüm cihazı bu direnci okuyup sıcaklığa çevirir.

• Direnç termometresi: Ansiklopediye göre sanayide en çok kullanılan tür, direnci 0 °C’de 100 Ω olan platin sensördür ve Pt100 adını taşır; endüstriyel RTD’ler 660 °C’nin üzerinde nadiren kullanılır. Yapısı, aralığı ve bağlantısı Pt100 nedir rehberinde anlatılır; her sıcaklıktaki direnç karşılığı için Pt100 direnç tablosu kullanılabilir.
• Termistör: Ansiklopediye göre genellikle toz metal oksitlerden üretilir; direnci sıcaklıkla artan (PTC) ve azalan (NTC) türleri vardır, çalışma aralığı malzemeye bağlıdır ve tipik olarak -100 ile 300 °C arasındadır. Ders kitabına göre RTD’den çok daha duyarlıdır ama doğrusal değildir: ölçüm aralığının dar olduğu iklimlendirme sistemlerinde bu ciddi bir sorun olmaz ve birçok tüketici cihazında termistör kullanılır, aralığın geniş olduğu endüstriyel ölçümde ise doğrusal olmaması önemli bir sorundur.

Termokupl nedir?

Termokupl, bir ucunda birleştirilmiş iki farklı metal telden oluşan ve iki ucu arasındaki sıcaklık farkına bağlı bir gerilim üreten sıcaklık sensörüdür. Ders kitabına göre tiplerin kullanılabilir aralıkları birbirinden farklıdır ve belli bir doğruluk isteniyorsa daha dar tutulması gerekebilir; bu yüzden termokupl için tek bir ölçüm aralığı söylenemez. Tipler, kablo renkleri ve milivolt değerleri termokupl nedir rehberindedir.

Kızılötesi termometre nasıl çalışır?

Kızılötesi (infrared) termometre, cismin yaydığı ısıl ışınımın bir bölümünü ölçüp sıcaklığı buradan çıkaran temassız bir termometredir. Ders kitabına göre mutlak sıfırın üzerindeki hemen her cisim sıcaklığına bağlı olarak ışınım yayar. Bir sensör üreticisine göre cihazın optiği bu ışınımı toplayıp termopil ya da piroelektrik bir dedektöre odaklar; dedektör enerjiyi elektrik sinyaline çevirir ve sinyal sıcaklık değerine işlenir. Ansiklopedi, gösterilen değerin ortam sıcaklığına göre düzeltildiğini ekler.

Bir test cihazı üreticisine göre genel amaçlı kızılötesi termometrelerde en yaygın dalga boyu bandı 8 ile 14 µm arasıdır; sensör üreticisi bu bantta su buharı ve karbondioksitin etkisinin en aza indiğini yazar. Bu cihazlara bazen lazer termometre de denir: ansiklopediye göre lazer yalnız hedefe nişan almaya yardım eder, yansıttığı kırmızı nokta ölçüme katılmaz. Ansiklopediye göre pirometre (ışınım termometresi) adı önce kızgın cisimleri ölçen cihazlar için kullanıldı; kızılötesi termometreler oda sıcaklığına kadar inen daha soğuk cisimleri de ölçebilir.

Yayınım (emisivite) ölçümü nasıl etkiler?

Bir test cihazı üreticisine göre yüzeyin yaydığı enerji hem gerçek yüzey sıcaklığına hem de yüzeyin yayınımına bağlıdır; bu yüzden doğru bir sonuç için cihazın yayınım ayarı ölçülen cismin gerçek yayınımıyla eşleşmelidir. Yayınım, bir yüzeyin yaydığı ışınımın aynı sıcaklıktaki ideal bir yayıcının (kara cisim) yaydığına oranıdır ve 0 ile 1 arasında bir değer alır. Büyük ölçüde malzemeye ve yüzeyin işlenişine bağlıdır: aynı üreticinin verilerine göre boyalı metal, ahşap, su ve kumaş gibi iyi yayıcı yüzeylerde yayınım 0,9’un üzerindedir, boyasız metallerde 0,6’nın altına iner. Saydam olmayan bir yüzeyde yayınım ile yansıtma oranının toplamı 1’dir; düşük yayınımlı parlak bir metal çevredeki sıcak cisimlerin ışınımını yansıtır ve cihaz bu yansımayı da okur.

Test cihazı üreticisi parlak yüzeye bant ya da boya uygulayıp o noktadan ölçmeyi önerir. Yüzeyin sıcaklığı temaslı bir termometreyle biliniyorsa, yayınımı ayarlanabilen cihazda ayar iki okuma eşitlenene kadar değiştirilir; ansiklopediye göre bulunan değer yalnız benzer yüzeylerde yeniden kullanılabilir.

Kızılötesi termometrenin sınırları nelerdir?

• Yalnız yüzeyi ölçer: Ders kitabına göre bir boruya dışarıdan bakan cihaz borunun yüzey sıcaklığını okur, içindeki akışkanın gerçek sıcaklığını değil.
• Görüş alanı hedefle dolmalıdır: Kitaba göre cihaz görüş alanındaki her şeyin ağırlıklı ortalamasını verir; alan, sıcaklığı düzgün bir hedefle dolu kaldıkça uzaklık sonucu değiştirmez.
• Araya girenler: Test cihazı üreticisine göre toz, duman ve cam yüzeyler ışınımı engelleyip sonucu etkileyebilir. Ders kitabına göre bir gaz ya da saydam bir sıvı ölçülmeye çalışıldığında cihaz çoğunlukla arkadaki katı cismi okur.
• Doğrusal olmama: Kitaba göre ışınımı küçük bir algılama elemanına toplayan klasik pirometre tasarımında, ışınım mutlak sıcaklığın dördüncü kuvvetiyle arttığı için iyi doğruluk gereken uygulamalar görece dar sıcaklık aralıklarıyla sınırlı kalır.

Kızılötesi ölçüm, temasın mümkün olmadığı ya da sakıncalı olduğu yerlerde öne çıkar. Ansiklopedinin örneklerinde temas mümkün değildir (cisim hareket ediyor, vakumda ya da indüksiyonla ısıtmadaki gibi elektromanyetik alan içinde) ya da uygun değildir (temaslı sensör için önerilen sıcaklık aşılıyor, temas yüzeyi bozuyor). Ansiklopediye göre metalurji fırınlarında erimiş metalin sıcaklığını sürekli izlemek için termokupl uygun değildir, çünkü erir ve bozulur; döküm öncesinde tek kullanımlık daldırma termokupllarıyla yapılan ölçümler termokupl nedir rehberinde anlatılır.

Dijital termometre ne demek?

Bir termometre ve sensör üreticisine göre dijital termometre, içindeki sensörün analog sinyalini dijitale çevirip ekranda gösterir; yani “dijital” sözcüğü ölçme ilkesini değil, sinyalin işlenip gösterilme biçimini anlatır. Aynı üreticiye göre bugün en yaygın dört sensör termokupl, RTD, termistör ve doğrusal gerilim veren katı hal sensörüdür. Sensör sıcaklıkla değişen bir gerilim, akım ya da direnç verir; cihaz bu değeri sensörün eğrisiyle eşleştirerek sıcaklığa çevirir.

Aynı üreticiye göre termokupllu dijital termometre, termokuplun cihaza bağlandığı noktanın sıcaklığını ayrı bir sensörle ölçer (soğuk nokta kompanzasyonu); RTD’li cihaz ise özünde bir ohm ölçerdir. Problu ya da kablolu el termometrelerinde de ölçme ilkesini ekran değil, probun içindeki sensörün türü belirler.

Problu termometre ile proseste sürekli ölçüm arasındaki fark nedir?

Elde kullanılan problu bir termometre değeri genellikle kendi ekranında gösterir; proseste ise sensör prosese takılı kalır ve sinyali bir sıcaklık transmitteriyle kontrol sistemine aktarılabilir. Ders kitabındaki örnekte termowell (koruyucu kılıf) içindeki bir RTD’nin transmitteri operatör göstergesine 4-20 mA sinyal gönderir. Transmitterin görevi ve çıkış sinyalleri transmitter nedir rehberinde anlatılır.

Termowell, prosese uzanan ve basınca dayanıklı bir yuvadır; sensör ya da termometre bunun içine takılır. Bir gösterge üreticisine göre termowell sensörü basınçtan, korozyondan ve akış hızının etkilerinden korur; ders kitabına göre sensörün proses basınçsızlaştırılmadan değiştirilmesini sağlar. Bedeli gecikmedir: bir ölçüm cihazı üreticisine göre termowell tepki süresini belirgin biçimde etkileyebilir ve etkinin büyüklüğü termowell’in et kalınlığına ve malzemesine bağlıdır. Ders kitabı, sensör ucu ile termowell dibi arasında hava boşluğu kalırsa bunun ikinci bir gecikme eklediğini belirtir.

Bir gösterge üreticisine göre uzaktan okunabilen ibreli bir termometre, proseste elektronik izlemeyi doğrulamak için bir başvuru noktası olabilir.

Hangi termometre nerede kullanılır?

Hangi termometrenin nerede kullanılacağı, ölçümün nerede ve nasıl yapılacağına bağlıdır: bir ölçüm cihazı üreticisi ibreli termometrelerde ilke seçimini tepki süresine, sıcaklık sınırlarına ve uygulama alanına bağlar; cisme dokunulamıyorsa ansiklopediye göre kızılötesi termometre yararlıdır. Kaynakların verdiği değerler:

Tür	Yararlandığı değişim	Temas	Kaynakta verilen aralık	Değerin okunması
Cıvalı cam termometre	sıvının genleşmesi	temaslı	-37 ile 356 °C (ansiklopedi)	cam üzerindeki skala
Etanollü cam termometre	sıvının genleşmesi	temaslı	üst sınır 78 °C; -70 °C’ye kadar (ansiklopedi)	cam üzerindeki skala
Metal (bimetal) termometre	iki metalin farklı uzaması	temaslı	-70 ile +600 °C (bir üretici)	ibre, yalnız yerinde
Gazlı termometre	kapalı gazın basıncı	temaslı	-200 ile +700 °C; -200 ile 650 °C (iki üretici)	ibre, kapilerle uzakta da
Direnç termometresi (Pt100)	metal telin direnci	temaslı	endüstride 660 °C üzerinde nadir (ansiklopedi)	direnç; transmitterle 4-20 mA
Termistör	metal oksidin direnci	temaslı	tipik -100 ile 300 °C (ansiklopedi)	direnç
Termokupl	iki ucu arasındaki sıcaklık farkına bağlı gerilim	temaslı	tipe göre; tek aralık yok (ders kitabı)	milivolt; transmitterle 4-20 mA
Kızılötesi termometre, pirometre	yüzeyin ısıl ışınımı	temassız	modele göre; kaynaklarda genel aralık yok, ansiklopediye göre oda sıcaklığındaki cisimleri de ölçebilir	ekran; el tipi ve sabit modeller

Aralıklar farklı kaynakların ve farklı cihazların değerleridir; bir cihazın kesin sınırı kendi teknik verisinden okunmalıdır.

Befa Proses ve sıcaklık ölçümü

Proseste sürekli sıcaklık ölçümü için termowell (koruyucu kılıf) ve sıcaklık transmitteri sunuyoruz. Transmitterle birlikte kullanılacak Pt100 ya da termokupl sensörü de verebiliyoruz. BTT Sıcaklık Transmitteri, sıcaklık grubumuzdaki ürünlerdendir ve Pt100 ile termokupl girişlerini kabul eder. Termometre satışı yapmıyoruz. Ölçüm noktanız için transmitter, sensör ve termowell seçimini iletişim sayfasından bizimle konuşabilirsiniz.